高精度多波长光聚合分子印迹表面等离子体共振传感器的制备方法研究

来源 :北京理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:whfvslj
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表面等离子体共振(Surface plasmon resonance,SPR)是用于表征金属芯片表面折射率改变的光学技术,可以实时监测分子结合、薄膜形成等表面现象,广泛应用于医学诊断、食品安全、环境检测领域。分子印迹技术是一种功能高分子研究方法,所合成的聚合物对特定分子具有专一识别性。本文将SPR检测技术与分子印迹技术联用,将SPR技术的免标记检测、响应快速、灵敏度高以及印记聚合物的稳定性高、识别性能好、制备简单等优点结合起来,分别采取紫外光引发和可见光引发的多波长光聚合方法制备出不同的分子印迹膜(Molecularly imprinted film,MIF),并通过相应的SPR检测,研究出全新的分子印迹SPR传感器,实现了对溶液中小分子的高精度检测,为分子印迹膜的制备及SPR检测技术的发展提供了更多选择。1.选取雌二醇为模板分子,甲基丙烯酸为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂,采用在SPR芯片表面固定N,N’–二乙基二硫代氨基甲酸甲基乙烯苯引发转移终止剂后紫外光引发聚合的方式,从SPR芯片上接枝制备了雌二醇分子印迹膜。该方法有效避免了溶液中发生聚合,使接枝反应只在芯片表面发生,利用SPR在目标共振角处监测MIF接枝过程,使聚合反应和所制备的聚合物的厚度更易控。利用接触角测量技术、扫描电镜(SEM)对雌二醇MIF的表面形态进行表征。SPR光谱上共振角位移的变化表明,与非分子印迹膜(NIF)相比,MIF能够在水相中特异性结合雌二醇分子,最低检出浓度为1.0×10–10 mol/L,在1.0×10–10–1.0×10–6 mol/L范围内,共振角的变化值与雌二醇浓度线性相关;通过研究雌二醇类似物睾酮素的吸附实验显示该印迹膜对模板分子具有很好的选择性;重复性实验结果证明该方法的可靠性,能够作为检测水相中雌二醇的有效手段。2.基于不同的交联剂比例,利用表面紫外光接枝技术分别制备了用于乙腈中(睾酮素–甲基丙烯酸–乙二醇二甲基丙烯酸酯三者摩尔比例为1:4:3)和水相中(睾酮素–甲基丙烯酸–乙二醇二甲基丙烯酸酯三者摩尔比例为1:4:8)检测的睾酮素分子印迹膜。将模板分子洗脱后,利用偏振调制–红外反射吸收光谱仪(PM–IRRAS)和原子力显微镜(AFM)对MIF的化学官能团和表面形态进行表征。建立了对睾酮素的SPR检测方法,结果表明该印迹膜可以实现对睾酮素的灵敏检测,在乙腈中最低检出浓度为2.5×10–16 mol/L,在PBS中最低检出浓度为2.5×10–12 mol/L。通过研究睾酮素类似物雌二醇、雌三醇和黄体酮的吸附×实验显示该印迹膜对模板分子具有很好的选择性;重复洗脱吸附实验证明印迹膜具有较好的稳定性。3.以茶碱为模板分子,甲基丙烯酸为功能单体,N,N’–亚甲基双丙烯酰胺为交联剂,亚甲基蓝和对甲苯亚磺酸钠作为光氧化还原引发剂,在水溶液中用可见光聚合的方法在SPR芯片上制备了水相兼容的分子印迹膜。利用接触角测量技术和PM–IRRAS对MIF进行表征。建立了对茶碱的SPR检测方法,结果显示:此印迹膜在PBS中检出限为1.0×10–10 mol/L,线性范围为1.0×10–10–1.0×10–6mol/L;与NIF相比,印迹传感器对模板分子具有较好的吸附性;与茶碱的结构类似物咖啡因和可可碱相比,印迹膜对模板分子茶碱有很高的选择专一性;可进行多次连续洗脱吸附,印迹膜能够重复利用多次;制备不同批次芯片进行检测,相对标准偏差为25%,说明该SPR传感器有较好的可重复性;最后将此传感器装置运用于检测海水实体环境中的茶碱,检测效果较好。4.直接利用SPR传感系统中的检测光源作为可见光引发能量源,制备了茶碱分子印迹膜斑点,并且用SPR现场监测可见光聚合MIF成膜过程,所成印迹膜斑点被成功用于水相中茶碱的高灵敏检测。分子印迹膜斑点大小主要取决于SPR传感系统中可变光阑所调节的入射光的光斑大小,本次实验中约为1.5 mm×1.5 mm,该方法有望在制备微型化SPR芯片的领域发挥积极作用。
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